DE10104451B4

DE10104451B4 - Einrichtung zur Durchführung einer physiologisch gesteuerten Messung an einem Lebewesen

Info

Publication number: DE10104451B4
Application number: DE10104451A
Authority: DE
Inventors: Martin Harder; Gerhard Seng
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2001-02-01
Filing date: 2001-02-01
Publication date: 2006-10-05
Anticipated expiration: 2021-02-02
Also published as: CN1243507C; CN1386474A; US6689059B2; JP2002263076A; JP4382323B2; KR20020064202A; US20020103422A1; DE10104451A1

Abstract

Einrichtung zur Durchführung einer physiologisch gesteuerten Messung an einem Lebewesen (10), umfassend
– eine Messanordnung (16) zur Durchführung einer Tomographie-Messung an einem Lebewesen
– Signalerfassungsmittel (12) zur Erfassung eines physiologischen Signals (22) des Lebewesens (10), und
– Anzeigemittel (20) zur graphischen Anzeige eines zeitlichen Verlaufs des physiologischen Signals (22)
dadurch gekennzeichnet, dass
– Zeiteinstellmittel (18) zur durch einen Anwender durchzuführenden Einstellung der Länge und relativen Lage eines Messzeitfensters (26, 28) innerhalb des physiologischen Signals (22) vorgesehen sind, und
– eine Messsteuereinheit (14) die Messanordnung (16) derart ansteuert, dass eine Tomographie-Messung nur während des eingestellten Messzeitfensters (26, 28) erfolgt, und
– die Anzeigemittel (20) dazu eingerichtet sind, das Messzeitfenster (26, 28) in zeitlicher Relation zu dem physiologischen Signal (22) graphisch so anzuzeigen, dass seine zeitliche Lage und Ausdehnung relativ zu dem physiologischen Signal erkennbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Durchführung einer physiologisch gesteuerten Messung an einem Lebewesen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ( DE 197 02 418 A1 ).
Bei einer Reihe von Untersuchungen an Lebewesen sind sinnvolle und aussagekräftige Messungen nur zu bestimmten Zeitpunkten oder während bestimmter Phasen innerhalb eines physiologischen Zyklus möglich. Bei computertomographischen Untersuchungen innerer Organe beispielsweise, die sich im Rhythmus des Herzschlags oder der Atmung bewegen, ist es leicht vorstellbar, dass nur Schichtprojektionen, die während vergleichbarer Phasen der Organbewegung gewonnen wurden, sinnvoll zu einem interpretationsfähigen Tomographiebild zusammengestellt werden können. Deshalb werden solche Messungen zeitlich nach Maßgabe eines geeignet gewählten physiologischen Signals gesteuert. Dabei werden anhand des physiologischen Signals ein oder mehrere Relativzeitpunkte definiert, die zur Zeitsteuerung der Messung herangezogen werden.
Zur Festlegung dieser Relativzeitpunkte gibt es sogenannte getriggerte Verfahren. Bei diesen Verfahren wird ein Triggerimpuls in dem physiologischen Signal als Referenzzeitpunkt verwendet. Die Relativzeitpunkte werden dann in zeitlichem Bezug zu diesem Triggerimpuls definiert. Ihre Definition erfolgt beispielsweise durch Angabe einer Wartezeit (Delay Time) nach jedem Triggerimpuls und durch Festlegung der Länge eines nach Verstreichen der Wartezeit beginnenden eigentlichen Meßzeitfensters (Scan Acquisition Window), innerhalb dessen die Meßdaten aufgenommen werden sollen. Die Parameter „Delay Time" und „User Acquisition Window" werden in der Regel vom Benutzer über eine Tastatur in numerischer Form eingegeben. Das Scan Acquisition Window ergibt sich aus mehreren anderen Parametern, die der Benutzer einstellen kann, etwa durch eine Anzahl von Teilmessungen, die pro Meßzeitfenster durchgeführt werden sollen, wobei sich die Länge des Meßzeitfensters dann aus einer Multiplikation dieser Anzahl der Teilmessungen mit der für jede Teilmessung aufzuwendenden, ggf. ebenfalls einstellbaren Zeitdauer (Repetitionszeit) ergibt.
Des weiteren gibt es sogenannte Gating-Verfahren. Bei diesen wird ein die Messung steuerndes Zeitfenster (Gate) üblicherweise über Amplitudenschwellenwerte des physiologischen Signals definiert. Durchläuft das physiologische Signal einen solchen Schwellenwert, so wird dies als Ein- oder Ausschaltzeitpunkt des Zeitfensters betrachtet. Bei einem atemgesteuerten Meßverfahren kann beispielsweise ein geeigneter Prozentwert der Atembewegung als Schwelle gewählt werden.
Problematisch bei physiologisch gesteuerten Messungen ist, dass die Signalparameter des als Referenz verwendeten physiologischen Signals oftmals nicht konstant sind, sondern stattdessen durchaus beträchtlichen Schwankungen unterliegen können. Insbesondere können die Signalparameter, etwa die Signalperiode oder die maximale oder die durchschnittliche Signalamplitude, zwischen einer Phase der Meßvorbereitung und der Phase der eigentlichen Meßdurchführung voneinander abweichen, bedingt beispielsweise durch eine Beschleunigung des Herzschlags oder der Atmung. Hat man in der Vorbereitungsphase geeignete Werte für die oben angesprochenen Parameter Wartezeit, Länge des Meßzeitfensters, Schwellenhöhe oder dergleichen eingestellt, so kann es dann vorkommen, dass diese Parameterwerte in der anschließenden Durchführungsphase der Messung nicht mehr geeignet sind und zu wenig aussagekräftigen Meßergebnissen führen.

Eine derartige Einrichtung zum automatischen Identifizieren der Zeitphase von dem Zustand eines zu beobachtenden Organs ist beispielsweise in der DE 197 02 418 A1 beschrieben. Das in diesem Dokument beschriebene Verfahren und die Untersuchungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens analysieren die Herzfunktion eines zu untersuchenden Patienten auf der Basis von Ultraschallbildern, indem automatisch bzw. selbsttätig jeder Untersuchungszeitpunk identifiziert wird, ob er aus einer Expansionsperiode oder einer Kontraktionsperiode in Bezug auf ein bionomisches Signal des Herzens ist. Das bionomische Signal ist beispielsweise eine EKG-Kurve, die gleichzeitig zur Ultraschallmessung des Herzens aufgenommen wird. Durch automatische Analyse der R-Wellen des bionomischen Signals ist es möglich, die Zeitphase des Herzzustands in einem willkürlich eingegebenen Zeitpunkt in Bezug auf die dergestalt vorgegebenen Zeitbereiche automatisch zu bestimmen. Damit weisen das beschriebene Verfahren und die entsprechende Ultraschall-Untersuchungseinrichtung die oben diskutierten Nachteile auf.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei einer Einrichtung der oben genannten Art dem Benutzer eine einfache Möglichkeit an die Hand zu geben, um zuverlässig kontrollieren zu können, ob das zur Zeitsteuerung einer Tomographie-Messung zu verwendete Messzeitfenster, sobald es einmalig eingestellt wurde, im Vergleich zum aktuellen Verlauf des physiologischen Signals noch geeignet ist, um die Messung sinnvoll durchführen zu können.

Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung zur Durchführung einer physiologisch gesteuerten Messung an einem Lebewesen gemäß Anspruch 1 gelöst.

Durch die gleichzeitige graphische Anzeige des Messzeitfensters und des physiologischen Signals wird es dem Benutzer bei der erfindungsgemäßen Lösung ermöglicht, laufend visuell durch Vergleich des angezeigten Messzeitfensters mit dem angezeigten aktuellen Signalverlauf des physiologischen Signals zu kontrollieren, ob das jeweilige Messzeitfenster geeignet eingestellt ist oder angepasst werden muss. Dies ist auf einen Blick möglich, da das Messzeitfenster in zeitlicher Relation zu dem physiologischen Signal angezeigt wird, d.h. unter Zugrundelegung des gleichen Zeitmaßstabs. Es wird also nicht lediglich ein bloßer Zahlenwert für das Messzeitfenster eingeblendet, sondern die zeitliche Lage relativ zu dem physiologischen Signal verdeutlicht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können mittels der Zeiteinstellmittel zur Einstellung des Messzeitfensters mindestens zwei verschiedene Relativzeitpunkte einstellbar sein, wobei die Anzeigemittel dazu eingerichtet sind, ein zwischen zwei Relativzeitpunkten liegendes Messzeitfenster in zeitlicher Relation zu dem physiologischen Signal graphisch anzuzeigen. Ferner können die Anzeigemittel dazu eingerichtet sein, ein zwischen einem Relativzeitpunkt und einem Bezugszeitpunkt des physiologischen Signals liegendes Messzeitfenster in zeitlichen Relation zu dem physiologischen Signal graphisch anzuzeigen. Visuell besonders leicht erkennbar sind Messzeitfenster, wenn sie in Form eines Zeitbalkens angezeigt werden. Im Fall mehrerer gleichzeitig angezeigter Zeitfenster können dann beispielsweise verschiedene Farben für die Zeitbalken verwendet werden.

In einigen Fällen kann es erwünscht sein, dass die Anzeigemittel das physiologische Signal und den mindestens einen Relativzeitpunkt mit feststehender Zeitachse anzeigen. In anderen Fällen kann es aber auch erwünscht sein, dass die Anzeigemittel das physiologische Signal und den mindestens einen Relativzeitpunkt mit bewegter Zeitachse anzeigen.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Messeinrichtung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin stellen dar:
1 schematisch ein Blockdiagramm der Messeinrichtung,
2 ein Beispiel einer während einer Messvorbereitungsphase auf einem Bildschirm der Messeinrichtung angezeigten Graphik und
3 ein Beispiel einer während einer Meßdurchführungsphase auf dem Bildschirm angezeigten Graphik.
In 1 ist der Körper eines zu untersuchenden Menschen oder Tiers mit 10 bezeichnet. Eine Detektoranordnung 12 nimmt ein physiologisches Signal des Körpers 10 auf und leitet dieses an eine elektronische Meßsteuereinheit 14. Als physiologisches Signal kann die Detektoranordnung 12 beispielsweise elektrische Herzströme aufnehmen, wie sie für ein Elektrokardiogrammm (EKG) verwendet werden. Alternative Möglichkeiten sind die Atembewegungen des Körpers, dessen Pulsschlag, Zwerchfellbewegungen usw. Die Meßsteuereinheit 14 verwendet das physiologische Signal zur Zeitsteuerung tomographischer oder beliebiger anderer Messungen, die an dem Körper 10 mittels einer allgemein mit 16 bezeichneten Meßanordnung 16 durchgeführt werden. Die Meßanordnung 16 kann beispielsweise eine Magneto-Resonanz-Tomographieeinrichtung oder eine Röntgen-Computer-Tomographieeinrichtung sein. Werden solche tomographischen Untersuchungen an sich zyklisch, wenngleich nicht notwendigerweise regelmäßig bewegenden inneren Organen, wie beispielsweise Herz oder Lunge, vorgenommen, so erhält man aussagefähige Tomographiebilder nur dann, wenn die mehreren Einzelmessungen, die zur Rekonstruktion eines Tomographiebilds notwendig sind, während entsprechender Zyklusphasen durchgeführt werden, also beispielsweise während Herzruhephasen. Aus diesem Grund steuert die Meßsteuereinheit 14 die Meßanordnung 16 derart, dass deren Meßaktivitäten nur während eines bestimmten Meßzeitfensters innerhalb des Zyklus des detektierten physiologischen Signals stattfinden.
Dieses Meßzeitfenster wird von der Meßsteuereinheit 14 nicht selbst festgelegt. Vielmehr bestimmt der Anwender Länge und relative Lage des Meßzeitfensters (also Anfangs- und End- zeitpunkt) innerhalb des Signalzyklus, indem er über eine an die Meßsteuereinheit 14 angeschlossene Tastatur 18 Werte für einen oder mehrere Parameter eingibt. Diese Parameter können beispielsweise sein: eine oder mehrere Amplitudenschwellen des physiologischen Signals (bei Gating-Verfahren) oder eine Wartezeit bis zum Beginn des Meßzeitfensters nach einer als Trigger verwendeten Impulsspitze des physiologischen Signals, die Anzahl während des Meßzeitfensters durchzuführender Einzelmessungen und die pro Einzelmessung zur Verfügung zu stellende Meßzeit (bei getriggerten Verfahren).
Das durch Eingabe der Parameterwerte festgelegte Meßzeitfenster kann sich der Anwender dann auf einem von der Meßsteuereinheit 14 angesteuerten Bildschirm 20 graphisch ansehen. Auf dem Bildschirm 20 wird dabei sowohl das physiologische Signal als auch das Meßzeitfenster eingeblendet, letzteres so, dass seine zeitliche Lage und Ausdehnung relativ zu dem physiologischen Signal unmittelbar erkennbar sind. Vorzugsweise wird das Meßzeitfenster durch einen Balken oder eine Linie dargestellt, der bzw. die sich im gleichen Zeitmaßstab wie das physiologische Signal längs desselben erstreckt. Ist der Anwender mit Lage und Größe des Meßzeitfensters nicht zufrieden, kann er die Parameterwerte korrigieren, bis das eingestellte Meßzeitfenster seinen Wünschen entspricht.
2 zeigt eine auf dem Bildschirm 20 angezeigte Beispielgraphik im Fall einer EKG-getriggerten Messung. Als physiologisches Referenzsignal dient hierbei ein EKG-Signal 22. Dieses wird auf dem Bildschirm 20 längs einer horizontalen Zeitachse 24 angezeigt. Außer dem EKG-Signal 22 wird zusätzlich noch auf dem Bildschirm 20 eine Anordnung vorzugsweise verschiedenfarbiger horizontaler Balken 26, 28, 30 angezeigt, von denen der mittlere Balken 28 das eingestellte Meßzeitfenster für die Meßdurchführung darstellt, der linke Balken 26 eine Wartezeitdauer nach einer als Triggerimpuls verwen deten R-Spitze 32 des EKG-Signals darstellt und der rechte Balken 30 eine Restzeit bedeutet. Diese Restzeit ergibt sich aus der Differenz zwischen einer vom Anwender als zusätzlicher Parameter vorgebbaren, insgesamt verfügbaren Maximalzeitdauer („User Acquisition Window") und der Summe aus Wartezeitdauer und Meßzeitfenster.
In einer Meßvorbereitungsphase wird die angezeigte physiologische Signalkurve 22 zyklisch aktualisiert, z.B. nach jedem Triggerimpuls oder jeweils nach einer vorbestimmten Zeitdauer, etwa jeweils nach 3 Sekunden. Bei jeder Aktualisierung wird die Kurve 22 neu gezeichnet, wobei der Zeitpunkt des Triggerimpulses 32 (der mittleren Spitze des QRS-Komplexes im EKG-Signal) im Anzeigefenster des Bildschirms 20 an einem festen Punkt stehen bleibt. Bei Gating-Verfahren, die z.B. ein Atemsignal als physiologisches Referenzsignal verwenden, kann das Erreichen eines Schwellenwerts als fixer Punkt angenommen werden. Somit entsteht bei feststehender Zeitachse 24 ein stehendes, jedoch wiederholt aktualisiertes Bild des physiologischen Signals auf dem Bildschirm 20. Infolge der übersichtlichen Zusatzeinblendung der Balken 26, 28, 30, anhand derer der Anwender die aktuelle Einstellung der Meßparameter erkennen kann, ist es für den Anwender besonders leicht, die bestgeeigneten Werte für diese Parameter zu finden.
In der Beispielgraphik der 2 bezeichnen Pfeile 34 zwei aufeinanderfolgende R-Spitzen im EKG-Signal 22, die als Triggerimpulse verwendet werden, ein Kreuz 36 bezeichnet eine erkannte Extrasystole. Zwei senkrechte Linien 38, deren linke am Zeitort des für die graphische Anzeige als Festpunkt verwendeten Triggerimpulses 32 liegt, gibt das durchschnittliche Intervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden R-Spitzen des EKG-Signals 22 an. Ein Bereich zwischen der linken Linie 38 und einer gestrichelten Linie 40 stellt ein aufgrund einer Langzeitstatistik dem Anwender empfohlenes Gesamtzeitfenster („System Acquisition Window") dar, innerhalb dessen die Meßvorgänge stattfinden sollten. Dieses Gesamtzeitfenster ergibt sich aus dem mittleren R-R-Intervall vermindert um die doppelte Standardabweichung. Letztere entspricht dem Bereich zwischen der Linie 40 und der rechten Linie 38. Zur besseren Visualisierung können das Gesamtzeitfenster und der Bereich der doppelten Standardabweichung mit unterschiedlichen Farben unterlegt sein.
Die Signalkurve 22 mit den Balken 26, 28, 30 wird nicht nur während der Meßvorbereitung sondern auch während der Durchführung der eigentlichen Messung auf dem Bildschirm 20 angezeigt. Dabei können auf dem Bildschirm 20 getrennte Anzeigefenster für die Meßvorbereitung und die Meßdurchführung eingerichtet werden, um gleichzeitig mit der Durchführung einer Messung bereits eine nachfolgende Messung vorbereiten zu können. 3 zeigt ein Beispiel einer auf dem Bildschirm 20 für die Meßdurchführung angezeigten Graphik. Entsprechende Elemente sind dabei mit gleichen Bezugszeichen wie in 2 bezeichnet. Während der Meßdurchführung wird die Signalkurve 22 vorzugsweise in durchlaufender Form gezeichnet, d.h. mit bewegter Zeitachse 24 möglichst echtzeitnah durch das Anzeigefenster (hier längs eines Pfeils 42 von rechts nach links) hindurchgeschoben. Gleichzeitig werden auch hier die Balken 26, 28, 30 in ihrer relativen Lage und Ausdehnung zur Signalkurve 22 miteingezeichnet und ebenfalls durch das Anzeigefenster durchgeschoben. Der Anwender kann so sehr leicht erkennen, ob die in der Phase der Messvorbereitung durchgeführte Parametereinstellung geeignet ist oder beispielsweise aufgrund eines schnelleren Herzschlags einer Anpassung bedarf.
Es kann sein, dass bereits vor Ablauf des eingestellten Meßzeitfensters (entsprechend vor Ende des Balkens 28) unerwar teterweise der nächste Triggerimpuls in Form einer R-Spitze 32 des EKG-Signals 22 auftritt. Dies ist in der rechten Hälfte der 3 veranschaulicht. Dieser Fall kann dem Anwender dadurch kenntlich gemacht werden, dass ab dem Unterbrechungszeitpunkt in einer eigens hierfür reservierten Signalfarbe, beispielsweise rot, ein Balken 44 eingeblendet wird, der sich bis zum Ende der vom Anwender eingestellten Maximalzeitdauer („User Acquisition Window") erstreckt. Der Anwender kann so auf einen Blick erkennen, wann sich der Herzrhythmus oder allgemein der Rhythmus des physiologischen Signals so stark beschleunigt, dass die Messung unterbrochen und erst nach Einstellung geänderter Parameterwerte erneut gestartet werden sollte.
Es versteht sich, dass zusätzlich zu den Balken 26, 28, 30 auch numerischen Werte für diejenigen Zeitpunkte auf dem Bildschirm 20 angezeigt werden können, die die Anfangs- oder Endzeitpunkte der Balken markieren.

Claims

Einrichtung zur Durchführung einer physiologisch gesteuerten Messung an einem Lebewesen (10), umfassend – eine Messanordnung (16) zur Durchführung einer Tomographie-Messung an einem Lebewesen – Signalerfassungsmittel (12) zur Erfassung eines physiologischen Signals (22) des Lebewesens (10), und – Anzeigemittel (20) zur graphischen Anzeige eines zeitlichen Verlaufs des physiologischen Signals (22) dadurch gekennzeichnet, dass – Zeiteinstellmittel (18) zur durch einen Anwender durchzuführenden Einstellung der Länge und relativen Lage eines Messzeitfensters (26, 28) innerhalb des physiologischen Signals (22) vorgesehen sind, und – eine Messsteuereinheit (14) die Messanordnung (16) derart ansteuert, dass eine Tomographie-Messung nur während des eingestellten Messzeitfensters (26, 28) erfolgt, und – die Anzeigemittel (20) dazu eingerichtet sind, das Messzeitfenster (26, 28) in zeitlicher Relation zu dem physiologischen Signal (22) graphisch so anzuzeigen, dass seine zeitliche Lage und Ausdehnung relativ zu dem physiologischen Signal erkennbar sind.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung des Messzeitfensters mittels der Zeiteinstellmittel (18) mindestens zwei verschiedene Relativzeitpunkte einstellbar sind und dass die Anzeigemittel (20) dazu eingerichtet sind, das zwischen zwei Relativzeitpunkten liegendes Messzeitfenster (28) in zeitlicher Relation zu dem physiologischen Signal (22) graphisch anzuzeigen.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigemittel (20) dazu eingerichtet sind, ein zwischen einem Relativzeitpunkt und einem Bezugszeitpunkt (38) des physiologischen Signals (22) liegendes Zeitfenster (26) in zeitlicher Relation zu dem physiologischen Signal (22) graphisch anzuzeigen.
Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigemittel (20) dazu eingerichtet sind, das Messzeitfenster (26, 28) in Form eines Zeitbalkens anzuzeigen.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigemittel (20) dazu eingerichtet sind, das physiologische Signal (22) und das Messzeitfenster (26, 28) mit feststehender Zeitachse (24) anzuzeigen.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigemittel (20) dazu eingerichtet sind, das physiologische Signal (22) und das Messzeitfenster mit bewegter Zeitachse (24) anzuzeigen.